Cómo usar el transistor como interruptor

Cómo usar el transistor como interruptor

El dispositivo principal en el dominio eléctrico y electrónico es la válvula regulada que permite que una señal débil regule la mayor cantidad de flujo similar a la boquilla que regula el flujo de agua de bombas, tubos y otros. En un período, esta válvula regulada que se implementó en el dominio eléctrico fueron los tubos de vacío. La implementación y utilización de los tubos de vacío fue buena, pero la complicación con esto fue grande y el consumo de una gran cantidad de energía eléctrica que se entregó en forma de calor truncó el período de vida útil del tubo. En compensación a este problema, el transistor fue el dispositivo que proporcionó una buena solución que se adapta a los requisitos de toda la industria eléctrica y electrónica. Este dispositivo fue inventado por 'William Shockley' en el año 1947. Para discutir más, profundicemos en el tema detallado de saber qué es un transistor , implementar transistor como un interruptor y muchas características.

¿Qué es el transistor?

Un transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales. que se puede utilizar para aplicaciones de conmutación, amplificación de señales débiles, y en cantidades de miles y millones de transistores están interconectados e incrustados en un pequeño circuito / chip integrado, que crea memorias de computadora. Un interruptor de transistor, que se usa para abrir o cerrar un circuito, eso significa que el transistor se usa comúnmente como un interruptor en los dispositivos electrónicos solo para las aplicaciones de bajo voltaje debido a su bajo poder consumo. El transistor funciona como un interruptor cuando está en las regiones de corte y saturación.




Tipos de transistores BJT

Básicamente, un transistor consta de dos uniones PN, estas uniones se forman intercalando el tipo N o el tipo P semiconductor material entre un par del tipo opuesto de materiales semiconductores.



Unión bipolar los transistores se clasifican en tipos

  • NPN
  • PNP

El transistor tiene tres terminales, a saber, Base, Emisor y coleccionista. El emisor es un terminal muy dopado y emite los electrones en la región base. El terminal Base está ligeramente dopado y pasa los electrones inyectados por el emisor al colector. El terminal del colector está dopado de manera intermedia y recolecta electrones de la Base.



Un transistor de tipo NPN es la composición de dos materiales semiconductores dopados de tipo N entre una capa de semiconductores dopados de tipo P, como se muestra arriba. De manera similar, los transistores de tipo PNP son la composición de dos materiales semiconductores dopados de tipo P entre una capa de semiconductores dopados de tipo N como se muestra arriba. El funcionamiento del transistor NPN y PNP es el mismo pero difiere en términos de su polarización y polaridad de la fuente de alimentación.


Transistor como interruptor

Si el circuito usa el Transistor BJT como conmutador h, entonces la polarización del transistor, ya sea NPN o PNP, está dispuesta para operar el transistor en ambos lados de las curvas características I-V que se muestran a continuación. Un transistor se puede operar en tres modos, región activa, región de saturación y región de corte. En la región activa, el transistor funciona como amplificador. Como interruptor de transistor, opera en dos regiones y esas son Región de saturación (completamente encendido) y el Región de corte (completamente apagado). los transistor como un diagrama de circuito de interruptor es

Transistor como interruptor

Transistor como interruptor



Tanto los tipos de transistores NPN como PNP se pueden operar como interruptores. Pocas de las aplicaciones utilizan un transistor de potencia como herramienta de conmutación. Durante esta condición, puede que no sea necesario utilizar otro transistor de señal para impulsar este transistor.

Modos de funcionamiento de transistores

Podemos observar a partir de las características anteriores, el área sombreada de color rosa en la parte inferior de las curvas representa la región de corte y el área azul a la izquierda representa la región de saturación del transistor. estas regiones de transistores se definen como

Región de corte

Las condiciones de funcionamiento del transistor son corriente de base de entrada cero (IB = 0), corriente de colector de salida cero (Ic = 0) y voltaje de colector máximo (VCE), lo que da como resultado una gran capa de agotamiento y no fluye corriente a través del dispositivo.

Por lo tanto, el transistor se cambia a 'Totalmente APAGADO'. Por lo tanto, podemos definir la región de corte cuando se usa un transistor bipolar como interruptor como molesto, las uniones de los transistores NPN tienen polarización inversa, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Modo de corte

Modo de corte

Entonces podemos definir la 'región de corte' o el 'modo APAGADO' cuando se usa un transistor bipolar como un interruptor, ambas uniones con polarización inversa, IC = 0 y VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Características de la región de corte

Las características en la región de corte son:

  • Tanto la base como los terminales de entrada están conectados a tierra, lo que significa '0' v
  • El nivel de voltaje en la unión base-emisor es inferior a 0,7 v
  • La unión base-emisor está en condición de polarización inversa
  • Aquí, el transistor funciona como un interruptor ABIERTO
  • Cuando el transistor está completamente apagado, se mueve a la región de corte
  • La unión base-colector está en condición de polarización inversa
  • No habrá flujo de corriente en el terminal del colector, lo que significa que Ic = 0
  • El valor de voltaje en la unión emisor-colector y en los terminales de salida es '1'

Región de saturación

En esta región, el transistor estará polarizado de modo que se aplique la cantidad máxima de corriente base (IB), lo que dará como resultado la corriente máxima del colector (IC = VCC / RL) y luego dará como resultado el voltaje mínimo colector-emisor (VCE ~ 0) soltar. En esta condición, la capa de agotamiento se vuelve tan pequeña como la corriente posible y máxima que fluye a través del transistor. Por lo tanto, el transistor está en 'Totalmente ENCENDIDO'.

Modo de saturación

Modo de saturación

La definición de “región de saturación” o “modo ENCENDIDO” cuando se usa un transistor NPN bipolar como interruptor es que ambas uniones están polarizadas hacia adelante, IC = Máximo y VB> 0.7v. Para un transistor PNP, el potencial del emisor debe ser + ve con respecto a la base. Este es el funcionamiento del transistor como un interruptor .

Características de la región de saturación

los características de saturación son:

  • Tanto la base como los terminales de entrada están conectados a Vcc = 5v
  • El nivel de voltaje en la unión base-emisor es más de 0.7v
  • La unión base-emisor está en condición de polarización directa
  • Aquí, el transistor funciona como un interruptor CERRADO
  • Cuando el transistor está completamente apagado, se mueve a la región de saturación
  • La unión base-colector está en condición de polarización directa
  • El flujo de corriente en el terminal del colector es Ic = (Vcc / RL)
  • El valor de voltaje en la unión emisor-colector y en los terminales de salida es '0'
  • Cuando el voltaje en la unión colector-emisor es '0', esto significa una condición de saturación ideal

además, el funcionamiento del transistor como un interruptor se puede explicar en detalle a continuación:

Transistor como interruptor - NPN

Dependiendo del valor de voltaje aplicado en el borde de la base del transistor, tiene lugar la funcionalidad de conmutación. Cuando hay una buena cantidad de voltaje que es ~ 0.7V entre el emisor y los bordes de la base, entonces el flujo de voltaje en el colector al borde del emisor es cero. Entonces, el transistor en esta condición funciona como un interruptor y la corriente que fluye a través del colector se considera como la corriente del transistor.

De la misma manera, cuando no se aplica voltaje en el terminal de entrada, el transistor funciona en la región de corte y funciona como un circuito abierto. En este método de conmutación, la carga conectada en contacto con el punto de conmutación donde éste actúa como punto de referencia. Entonces, cuando el transistor se mueve a la condición 'ENCENDIDO', habrá un flujo de corriente desde el terminal de la fuente al suelo a través de la carga.

Transistor NPN como interruptor

Transistor NPN como interruptor

Para aclarar este método de conmutación, consideremos un ejemplo.

Suponga que un transistor tiene un valor de resistencia base de 50kOhm, la resistencia en el borde del colector es de 0.7kOhm y el voltaje aplicado es de 5V y considera el valor beta como 150. En el borde de la base, se aplica una señal que varía entre 0 y 5V . Esto corresponde a que la salida del colector se observe modificando los valores de voltaje de entrada que son 0 y 5V. Considere el siguiente diagrama.

Cuando VESTA= 0, entonces yoC= VCC/ RC

IC = 5 / 0,7

Entonces, la corriente en el terminal del colector es 7.1mA

Como el valor beta es 150, entonces Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

Entonces, la corriente base es 47.3 µA

Con los valores anteriores, el valor más alto de corriente en el terminal del colector es de 7.1 mA en la condición de voltaje colector a emisor es cero y el valor de corriente base es 47.3 µA. Por lo tanto, se demostró que cuando el valor de la corriente en el borde de la base aumenta por encima de 47,3 µA, el transistor NPN se mueve a la región de saturación.

Suponga que un transistor tiene un voltaje de entrada de 0V. Esto significa que la corriente de base es '0' y cuando la unión del emisor está conectada a tierra, la unión del emisor y la base no estarán en condición de polarización de reenvío. Entonces, el transistor está en modo APAGADO y el valor de voltaje en el borde del colector es 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5 V

Suponga que un transistor tiene un voltaje de entrada de 5V. Aquí, el valor actual en el borde base se puede conocer usando Principio de voltaje de Kirchhoff .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Cuando se considera un transistor de silicio, tiene Vbe = 0.7V

Entonces, Ib = (5-0.7) / 50

Ib = 56,8 µA

Por lo tanto, se demostró que cuando el valor de la corriente en el borde de la base aumenta por encima de 56,8 µA, el transistor NPN se mueve a una región de saturación en la condición de entrada de 5V.

Transistor como interruptor - PNP

La funcionalidad de conmutación para los transistores PNP y NPN es similar, pero la variación es que en el transistor PNP, el flujo de corriente proviene del terminal base. Esta configuración de conmutación se emplea para las conexiones a tierra negativas. Aquí, el borde de la base tiene una conexión de polarización negativa en correspondencia con el borde del emisor. Cuando el voltaje en el terminal base es más -ve, habrá un flujo de corriente base. Para ser claro, cuando existen válvulas de voltaje mínimo o -ve, entonces esto hace que el transistor esté en cortocircuito si no está en circuito abierto o de lo contrario. alta impedancia .

En este tipo de conexión, la carga está en conexión con la salida de conmutación junto con un punto de referencia. Cuando el transistor PNP está encendido, habrá un flujo de corriente de la fuente a la carga y luego a tierra a través de un transistor.

Transistor PNP como interruptor

Transistor PNP como interruptor

Al igual que en la operación de conmutación de transistor NPN, la entrada del transistor PNP también se encuentra en el borde de la base, mientras que el terminal del emisor está conectado con un voltaje fijo y el terminal del colector está conectado a tierra a través de una carga. La siguiente imagen explica el circuito.

Aquí, el terminal de la base siempre está en una condición de polarización negativa en correspondencia con el borde del emisor y la base que conectó en el lado negativo y el emisor en el lado positivo del voltaje de entrada. Esto significa que el voltaje en la base al emisor es negativo y el voltaje en el emisor al colector es positivo. Entonces, habrá conductividad de transistor cuando el voltaje del emisor tenga un nivel más positivo que el de los terminales de base y colector. Por lo tanto, el voltaje en la base debe ser más negativo que el de otros terminales.

Para conocer el valor de las corrientes de colector y base, necesitamos las siguientes expresiones.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Uno

Donde Ub = Ic / β

Para aclarar este método de conmutación, consideremos un ejemplo.

Suponga que el circuito de carga necesita 120 mA y el valor beta del transistor es 120. Entonces el valor actual que se necesita para que el transistor esté en modo de saturación es

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Entonces, cuando hay una corriente base de 1 mAmp, entonces el transistor está completamente encendido. Mientras que en escenarios prácticos, se necesita aproximadamente un 30-40 por ciento de más corriente para una saturación adecuada del transistor. Esto significa que la corriente base que es necesaria para el dispositivo es de 1,3 mA.

Operación de conmutación del transistor Darlington

En unos pocos casos, la ganancia de corriente de la corriente continua en el dispositivo BJT es mínima para la conmutación directa de la tensión o la corriente de carga. Debido a esto, se utilizan transistores de conmutación. En esta condición, se incluye un pequeño dispositivo de transistor para ENCENDIDO y APAGADO de un interruptor y un valor aumentado de corriente para regular el transistor de salida.

Para mejorar la ganancia de la señal, se conectan dos transistores en forma de 'configuración de combinación de ganancia complementaria'. En esta configuración, el factor de amplificación es el resultado del producto de dos transistores.

Transistor Darlington

Transistor Darlington

Transistores Darlington generalmente se incluyen con dos tipos de transistores bipolares PNP y NPN donde estos están conectados de manera que el valor de ganancia del transistor inicial se multiplica por el valor de ganancia del segundo dispositivo de transistor.

Esto produce el resultado en el que el dispositivo funciona como un solo transistor que tiene una ganancia de corriente máxima incluso para un valor de corriente base mínimo. La ganancia de corriente total del dispositivo de conmutación Darlington es el producto de los valores de ganancia de corriente de los transistores PNP y NPN y esto se representa como:

β = β1 × β2

Con los puntos anteriores, los transistores Darlington que tienen valores máximos de corriente de colector y β están potencialmente relacionados con la conmutación de un solo transistor.

Por ejemplo, cuando el transistor de entrada tiene un valor de ganancia actual de 100 y el segundo tiene un valor de ganancia de 50, entonces la ganancia de corriente total es

β = 100 × 50 = 5000

Entonces, cuando la corriente de carga es 200 mA, entonces el valor de corriente en el transistor Darlington en el terminal base es 200 mA / 5000 = 40 µAmps, lo que representa una gran disminución en comparación con los últimos 1 mAmp para un solo dispositivo.

Configuraciones de Darlington

Hay principalmente dos tipos de configuración en el transistor Darlington y esos son

La configuración del interruptor del transistor Darlington demuestra que los terminales del colector de los dos dispositivos están conectados con el terminal emisor del transistor inicial que tiene una conexión con el borde de la base del segundo dispositivo transistor. Por lo tanto, el valor actual en el terminal emisor del primer transistor se formará cuando la corriente de entrada del segundo transistor lo haga en condición de encendido.

El transistor de entrada, que es el primero, obtiene su señal de entrada en el terminal base. El transistor de entrada se amplifica de manera general y esto se usa para impulsar los siguientes transistores de salida. El segundo dispositivo mejora la señal y esto da como resultado un valor máximo de ganancia de corriente. Una de las características cruciales del transistor Darlington es su máxima ganancia de corriente cuando se relaciona con un solo dispositivo BJT.

Además de la capacidad de las características de conmutación de voltaje y corriente máximas, el otro beneficio adicional son sus velocidades de conmutación máximas. Esta operación de conmutación permite que el dispositivo se utilice específicamente para circuitos inversores, motores de CC, circuitos de iluminación y con fines de regulación de motores paso a paso.

La variación a tener en cuenta al utilizar transistores Darlington que la de los tipos BJT individuales convencionales al implementar el transistor como un interruptor es que el voltaje de entrada en la base y la unión del emisor debe ser mayor, lo que es casi 1.4v para el tipo de dispositivo de silicio. como debido a una conexión en serie de las dos uniones PN.

Algunas de las aplicaciones prácticas comunes del transistor como interruptor

En un transistor, a menos que fluya una corriente en el circuito base, no hay corriente que pueda fluir en el circuito colector. Esta propiedad permitirá que un transistor se utilice como interruptor. El transistor se puede encender o apagar cambiando la base. Hay algunas aplicaciones de circuitos de conmutación operados por transistores. Aquí, consideré el transistor NPN para explicar algunas aplicaciones que utilizan un interruptor de transistor.

Interruptor accionado por luz

El circuito está diseñado utilizando un transistor como interruptor, para encender la bombilla en un ambiente brillante y apagarla en la oscuridad y un Resistencia dependiente de la luz (LDR) en el divisor de potencial. Cuando el ambiente oscuro Resistencia de LDR se vuelve alto. Entonces el transistor se apaga. Cuando el LDR se expone a la luz brillante, su resistencia cae a un valor menor resultando en más voltaje de suministro y aumentando la corriente base del transistor. Ahora el transistor está encendido, la corriente del colector fluye y la bombilla se enciende.

Interruptor operado por calor

Un componente importante en el circuito de un interruptor operado por calor es el termistor. El termistor es un tipo de resistencia que responde dependiendo de la temperatura circundante. Su resistencia aumenta cuando la temperatura es baja y viceversa. Cuando se aplica calor al termistor, su resistencia cae y la corriente base aumenta seguido de un mayor aumento en la corriente del colector y la sirena sonará. Este circuito en particular es adecuado como sistema de alarma contra incendios. .

Interruptor operado por calor

Interruptor operado por calor

Control de motor de CC (controlador) en caso de altos voltajes

Considere que no se aplica voltaje al transistor, entonces el transistor se APAGA y no fluirá corriente a través de él. Por eso el relevo permanece en estado OFF. Potencia al motor de CC se alimenta desde el terminal Normalmente Cerrado (NC) del relé, por lo que el motor girará cuando el relé esté en estado APAGADO. La aplicación de alto voltaje en la base del transistor BC548 hace que el transistor y la bobina del relé se activen.

Ejemplo practico

Aquí, vamos a conocer el valor de la corriente base que se requiere para hacer que un transistor esté completamente en condición ON donde la carga necesita una corriente de 200mA cuando el valor de entrada se mejora a 5v. Además, conozca el valor de Rb.

El valor de corriente base del transistor es

Ib = Ic / β considere β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

El valor de resistencia base del transistor es Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4,3 kΩ

Los interruptores de transistores se emplean ampliamente en múltiples aplicaciones, como la interconexión de equipos de alto voltaje o de gran valor, como motores, relés o luces, al valor mínimo de voltaje, circuitos integrados digitales o se utilizan en puertas lógicas como puertas Y u OR. Además, cuando la salida entregada desde la puerta lógica es + 5v, mientras que el dispositivo que tiene que ser regulado podría necesitar 12v o incluso 24v del voltaje de suministro.

O la carga como el motor de CC podría requerir que se controle su velocidad a través de algunos pulsos continuos. Los interruptores de transistor permiten que esta operación sea más rápida y sencilla que en comparación con la de los interruptores mecánicos tradicionales.

¿Por qué utilizar transistor en lugar de interruptor?

Al implementar un transistor en lugar de un interruptor, incluso una cantidad mínima de corriente de base regula una corriente de carga más alta en el terminal del colector. Al usar transistores en lugar del interruptor, estos dispositivos son compatibles con relés y solenoides. Mientras que en el caso de que se vayan a regular niveles más altos de corrientes o voltajes, se utilizan transistores Darlington.

En general, como resumen, pocas de las condiciones que se aplican mientras se opera el transistor como un interruptor son

  • Mientras se usa BJT como interruptor, entonces debe operarse en condiciones de ENCENDIDO incompleto o de ENCENDIDO completo.
  • Mientras se usa un transistor como interruptor, un valor mínimo de la corriente base regula el aumento de la corriente de carga del colector.
  • Al implementar transistores para cambiar como relés y solenoides, entonces es mejor usar diodos de volante.
  • Para regular valores más altos de voltaje o corrientes, los transistores Darlington funcionan mejor.

Y este artículo ha proporcionado información completa y clara del transistor, las regiones operativas, el funcionamiento como un interruptor, las características y las aplicaciones prácticas. El otro tema crucial y relacionado que debe conocerse es qué es interruptor de transistor de lógica digital y su funcionamiento, diagrama de circuito?